Kuinka kuituoptiikka keksittiin

Kuituoptiikka on valon läpäisemistä rajoitetusti joko lasin tai muovin pitkien kuitutangon läpi. Valo kulkee sisäisen heijastusprosessin kautta. Tangon tai kaapelin ydinväliaine heijastaa enemmän kuin ydintä ympäröivä materiaali. Tämä aiheuttaa valon heijastamisen takaisin ytimeen, jossa se voi jatkaa matkaa alas kuitua. Kuituoptisia kaapeleita käytetään äänen, kuvien ja muun datan lähettämiseen valon nopeuden lähellä.

Corning Glass -tutkijat Robert Maurer, Donald Keck ja Peter Schultz keksivat valokuitulangan tai "optisen aaltojohdon kuidut" (patentti # 3 711 262), jotka kykenevät kantamaan 65 000 kertaa enemmän tietoa kuin kuparilanka, jonka avulla valon aaltojen kuvion kuljettama informaatio voitiin dekoodata määränpäähän jopa tuhat mailia pois.

Kuituoptiset viestintämenetelmät ja niiden keksimät materiaalit avasivat oven kuituoptiikan kaupallistamiseen. Kaukopuhelinpalvelusta Internet ja lääketieteelliset laitteet, kuten endoskooppi, kuituoptiikka, ovat nyt tärkeä osa nykyaikaista elämää.

• 1854: John Tyndall osoitti kuninkaalliselle yhdistykselle, että valoa voidaan johtaa kaarevan vesivirran läpi osoittaen, että valosignaali voi taipua.
• 1880: Alexander Graham Bell keksi hänen "valopuhelin", joka lähetti äänisignaalin valonsäteellä. Bell keskittyi auringonvaloon peilin kanssa ja puhui sitten mekanismiin, joka värähteli peiliä. Vastaanottopäässä ilmaisin otti värähtelevän säteen ja dekoodaa sen takaisin ääneksi samalla tavalla kuin puhelin teki sähköisillä signaaleilla. Kuitenkin monet asiat - esimerkiksi pilvinen päivä - voivat häiritä valopuhelinta, aiheuttaen Bellin lopettaa lisätutkimuksen tämän keksinnön kanssa.
• 1880: William Wheeler keksi kevytputkijärjestelmän, joka oli vuorattu erittäin heijastavalla pinnoitteella ja valaisi koteja käyttämällä kellariin sijoitetun sähkökaarivalon valoa ja ohjaamalla valoa kodin ympärille putket.
• 1888: Wienin Rothin ja Reussin lääketieteellinen ryhmä käytti taivutettuja lasisauvoja kehon onkalojen valaistamiseen.
• 1895: ranskalainen insinööri Henry Saint-Rene suunnitteli taivutettujen lasitankojen järjestelmän valokuvien ohjaamiseksi varhaisessa televisiossa.
• 1898: amerikkalainen David Smith haki patenttia taivutetussa lasitankolaitteessa käytettäväksi kirurgisena lampuna.
• 1920-luku: englantilainen John Logie Baird ja amerikkalainen Clarence W. Hansell patentoi ajatuksen läpinäkyvien sauvojen ryhmien käytöstä kuvien lähettämiseksi televisioon ja faksimileihin.
• 1930: saksalainen lääketieteen opiskelija Heinrich Lamm oli ensimmäinen henkilö, joka koonnut valokuitupaketin kuvan kantamiseksi. Lammin tavoitteena oli katsoa ruumiille, joihin ei pääse pääsyä. Kokeilujensa aikana hän kertoi siirtävänsä lampun kuvaa. Kuva oli kuitenkin heikkolaatuista. Hänen pyrkimyksensä patentin tekemiseen evättiin Hansellin brittiläisen patentin takia.
• 1954: hollanti tiedemies Abraham Van Heel ja brittiläinen tutkija Harold H. Hopkins kirjoitti erikseen papereita kuvauspaketeista. Hopkins kertoi katkeamattomien kuitujen kimppujen kuvaamisesta, kun taas Van Heel kertoi verhottujen kuitujen yksinkertaisista kimpuista. Hän peitti paljaan kuidun läpinäkyvällä verhouksella, jonka taitekerroin oli alempi. Tämä suojasi kuidun heijastuspintaa ulkoisilta vääristymiseltä ja vähentää huomattavasti kuitujen välisiä häiriöitä. Tuolloin suurin este kuituoptiikan käyttökelpoiselle käytölle oli alimman signaalin (valon) häviön saavuttaminen.
• 1961: American Opticalin Elias Snitzer julkaisi teoreettisen kuvauksen yksimuotoisista kuiduista, kuidusta, jonka ydin on niin pieni, että se voisi kuljettaa valoa vain yhdellä aaltojohto-moodilla. Snitzerin idea oli oikein ihmisen sisällä olevan lääkinnällisen instrumentin suhteen, mutta kuidun valohäviö oli yksi desibeli metriä kohti. Tietoliikennelaitteet, joita tarvitaan toimimaan paljon pidemmillä etäisyyksillä, vaativat korkeintaan kymmenen tai 20 desibelin (valon mittaus) valonhukkaa kilometriä kohden.
• 1964: Tohtori C.K. tunnisti kriittisen (ja teoreettisen) määritelmän. Kao pitkän kantaman viestintä laitteet. Eritelmä oli kymmenen tai 20 desibeliä valohäviötä kilometriä kohden, mikä vahvisti standardin. Kao havainnollistaa myös puhtaamman lasin muodon tarvetta valonhukan vähentämiseksi.
• 1970: Yksi tutkijaryhmä aloitti kokeilun sulatetun piidioksidin kanssa, joka on erittäin puhdasta ainetta, jolla on korkea sulamispiste ja alhainen taitekerroin. Corning Glassin tutkijat Robert Maurer, Donald Keck ja Peter Schultz keksivat valokuitulangan tai "Optiset aaltojohtokuidut" (patentti # 3 711 262), jotka kykenevät kuljettamaan 65 000 kertaa enemmän tietoa kuin kuparilanka. Tämä johto mahdollisti valoaaltojen kuvion sisältämien tietojen dekoodaamisen jopa tuhannen mailin päässä olevaan kohteeseen. Ryhmä oli ratkaissut tohtori Kaon esittämät ongelmat.
• 1975: Yhdysvaltojen hallitus päätti kytkeä tietokoneet NORADin pääkonttorissa Cheyenne Mountainilla käyttämällä kuituoptiikkaa häiriöiden vähentämiseksi.
• 1977: Ensimmäinen optinen puhelin tietoliikennejärjestelmä asennettiin noin 1,5 mailin päähän Chicagon keskustasta. Jokainen optinen kuitu kantoi 672 äänikanavaa.
• Vuosisadan loppuun mennessä yli 80 prosenttia maailman kaukoliikenteestä oli kuljetettu valokuitukaapeleilla ja 25 miljoonan kilometrin kaapelilla. Maurerin, Keckin ja Schultzin suunnittelemat kaapelit on asennettu maailmanlaajuisesti.

Seuraavat tiedot toimitti Richard Sturzebecher. Se julkaistiin alun perin Army Corp -julkaisussa "Monmouth Message".

Vuonna 1958 USA: n armeijan signaalijoukkojen laboratoriossa Fort Monmouthissa New Jerseyssä Copper Cable and Wire -päällikkö vihasi salaman ja veden aiheuttamia signaalinsiirto-ongelmia. Hän rohkaisi materiaalitutkimuksen johtaja Sam DiVitaa löytämään korvaavan aineelle kupari lanka. Sam ajatteli, että lasi-, kuitu- ja valosignaalit saattavat toimia, mutta Samille työskennelleet insinöörit kertoivat hänelle, että lasikuitu hajoaa.

Syyskuussa 1959 Sam DiVita kysyi toiseksi luutnantti Richard Sturzebecheriltä, ​​tiesikö hän osaavan kirjoittaa kaavan lasikuidulle, joka pystyy lähettämään valosignaaleja. DiVita oli kuullut, että signaalikouluun käyvä Sturzebecher oli sulanut kolme kolmiaksiaalista lasijärjestelmää SiO2: lla hänen vuoden 1958 vanhempien opinnäytetyöstään Alfredin yliopistossa.

Sturzebecher tiesi vastauksen. Kun käytät mikroskooppi mitataksesi taitekertoimen SiO2-laseilla, Richardille kehittyi vaikea päänsärky. Mikroskoopin alla olevat 60 - ja 70-prosenttiset SiO2-lasijauheet antoivat suuremman ja suuremman määrän loistavaa valkoista valoa kulkea mikroskoopin diojen läpi ja hänen silmiinsä. Muistaa päänsärky ja loistava valkoinen valo korkeasta SiO2: sta lasi-, Sturzebecher tiesi, että kaava olisi erittäin puhdas SiO2. Sturzebecher tiesi myös, että Corning teki erittäin puhdasta SiO2-jauhetta hapettamalla puhdasta SiCl4: tä SiO2: ksi. Hän ehdotti, että DiVita käyttäisi voimaansa liittovaltion sopimuksen tekemistä Corningin kanssa kuidun kehittämiseksi.

DiVita oli jo työskennellyt Corningin tutkijoiden kanssa. Mutta hänen piti julkistaa idea, koska kaikilla tutkimuslaboratorioilla oli oikeus tehdä tarjous liittovaltion sopimuksesta. Joten vuosina 1961 ja 1962 ajatus korkealaatuisen SiO2: n käytöstä lasikuidulle valon siirtämiseksi julkistettiin tarjouspyynnössä kaikille tutkimuslaboratorioille. Odotetulla tavalla DiVita voitti sopimuksen Corning Glass Worksin kanssa Corningissa, New Yorkissa vuonna 1962. Liittovaltion rahoitus lasikuituoptiikkaan Corningissa oli noin 1 000 000 dollaria vuosina 1963– 1970. Signal Corps Monien kuituoptiikan tutkimusohjelmien liittovaltion rahoitus jatkui vuoteen 1985 saakka ja siemensi siemeniä tämä teollisuus ja tekemällä nykyisestä miljardien dollarien teollisuudesta, joka eliminoi kuparilangan viestinnässä a todellisuutta.

DiVita jatkoi työskentelyä päivittäin Yhdysvaltain armeijan signaalijoukossa 80-luvun lopulla ja toimi vapaaehtoisena nanotieteen konsulttina kuolemaansa 97-vuotiaana vuonna 2010.